Thiết kế, chế tạo mạch kiểm tra số lượt người đi vào cửa siêu thị

Thiết kế, chế tạo mạch kiểm tra số lượt người đi vào cửa siêu thị

ĐỀ TÀI : Thiết kế, chế tạo mạch kiểm tra số lượt người đi vào cửa siêu thị Nhóm sinh viên thực hiện: 1 Phạm Văn Thắng

Thời gian thưc hiện : 8 Tuần

Nội dung cần hoàn thành:

1 Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ

2 Nghiên cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương án thiết kế, chế tạo

3 Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch

4 Tính toán, lựa chọn các linh kiện

5 Quy trình thưc hiện chế tạo hoàn thiện

6 Quyển thuyết minh và các bản vẽ

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC

.3

4

LỜI NÓI ĐẦU 4

Phần 1: PHẦN THUYẾT MINH 6

Tính cần thiết của đề tài 6

II Xây dựng sơ đồ khối và nguyên tắc làm việc của các khối 7

Sơ đồ khối 7

Chức năng các khối 7

Phần 2 : Xây dựng sơ đồ nguyên lý và mô tả nguyên tắc hoạt động 23

Sơ đồ nguyên lý của mạch 23

Sơ đồ trên boar 24

Nguyên lí hoạt động 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiện lợi tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử

đã góp minh dễ sử dụng đối với con nguời cũng đang được phát triển rộng Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tử ngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơn tiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích đã bị loại bỏ dần thay vào dó là các mạc siêu nhỏ gọn gàng hơn đang đươc ưa chuộng Bên cạnh đó là những mạch tiện ích mạch điều khiển thông cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người

Trong đó ngành điện tử kỹ thật số là một lĩnh vực phát triển mạnh của thế giới nó không những chỉ ứng dụng trong công công nghiệp mà còn được sử dụng nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày và mang lại hiệu quả cao.Các linh kiện điện tử kỹ thuật số được ứng dụng vào các mạch điện như: mạch đồng

hồ, mạch cầu thang, mạch đèn giao thông…Nó như một công cụ tin cậy cho mỗi người sử dụng Mục đích chính của đồ án này là thiết kế bộ đếm có chức năng đếm sản phẩm theo yêu cầu của người sử dụng

Nhận thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của mạch đếm số lượt người ra vào cửa siêu thị được hiển thị led 7 thanh.Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới

điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Vì kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ án không tránh được sai sót Chúng

em rất mong sự đánh giá của quý thầy cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Phần 1: PHẦN THUYẾT MINH

Tính cần thiết của đề tài

Hiện nay vẫn chưa hiểu rõ và đánh giá đúng về tiềm năng cũng như những áp dụng hữu ích của việc kỹ thuật số trong đời sống hằng ngày mọi người đang sống trong thời đại gọi là “kĩ thuật số“ hiện đại, siêu hiện đại Thời đại mà khoa học phát hiện ra rằng việc áp dụng điều khiển bằng số trong công nghệ hiện đại là vô cùng cần thiết “Kĩ thuật số“ ra đời lập tức đã và đang làm nên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vực của đời sống hiện đại, từ chiếc nồi cơm điện, máy giặt, máy điện thoại… đến truyền hình, chụp ảnh, công nghệ thông tin… rồi đây “kĩ thuật số” của khoa học sẽ không dừng lại, không giẫm chân tại chỗ mà tiếp tục phát triển, thậm chí phát triển với tốc độ vũ bão

Ngày nay công nghệ không dây đang phát triển rất mạnh Với các thiết

bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng thỏa mãn những nhu cầu về giải trí cũng như trong điều khiển sản xuất mà không cần dây nối Nó thật

sự tiện ích và tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng Truyền tín hiệu số không dây

Khoa học ngày nay đã chứng minh được (bằng lý thuyết) rằng có thể phân tích hoàn toàn vật chất thành những tín hiệu, thành… sóng Phân tích rồi tổng hợp lại… phải dựa trên “kĩ thuật số” Do thực tế hiện nay ”mạch đếm số sản phẩm được hiển thị led 7 thanh” được áp dụng rông rãi như mạch đếm cửa

ra vào, mạch đếm gara ô tô và còn rất nhiều những ứng dụng khác Các sản phẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại : đặc, rỗng, kích cỡ khác nhau Nhưng với khả năng của thiết bị lắp thì mach chỉ có thể đếm với các sản phẩm có khả năng che được ánh sáng và có kích thước nhỏ

Khi nghiên cứu đề tài này chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của kỹ thuật số nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện

đề tài là một cơ hội để chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức dã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra

II Xây dựng sơ đồ khối và nguyên tắc làm việc của các khối

- Bộ 5V và 3V- 4.5V cho súng laser khi ta đưa vào led 7 thanh ta phải đưa qua điện trở nhỏ khoảng 1 kilôm

• Khối hạ áp

Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220VAC-50Hz xuống còn 24VAC

- 3A Mục đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp một chiều mong muốn

• Chỉnh lưu

- Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu 1 chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu Đây là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với dạng sóng đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau:

- Dạng điện áp sau chỉnh lưu nó vẫn còn các sóng nhấp nhô như ngọn núi

và dạng điện áp này vẫn được coi là điện áp 1 chiều nhưng chưa ổn định

Điện áp ra một chiều có một độ gợn sóng nhỏ phụ thuộc vào tải nếu dòng tải nhỏ tụ phóng điện yếu do độ gợn sóng nhỏ nếu dòng tải lớn tụ điện

phóng điện nhiều hơn do đó độ gợn sóng lớn độ gơn sóng cũng phụ thuộc vào điện dung của tụ điện.

- Tác dụng của tụ: Trong dòng điện một chiều đập mạch U3 gồm cả 2 thành phần một chiều và xoay chiều còn xót lại do đặc tính của tụ điện chỉ cho dòng xoay chiều đi qua mà không cho dòng một chiều đi qua

Nếu chọn C có trị số tương đối lớn thì XC khá nhỏ

Nếu thành phần AC sẽ qua tụ xuống mát mà không đi qua tải

Thành phần một chiều không thể qua tụ C nên toàn bộ đi qua tải

Vì vậy trong mạch các tụ có giá trị lớn có nhiệm vụ san bằng mức điện áp cao; tụ có giá trị nhỏ 104 có giá trị lọc xung đột biến

Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và không có tụ

Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ lọc

Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy điện áp thu được có dạng nhấp nhô

Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia

lọc nguồn , kết quả là điện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ

C1 có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng, tụ C1

trong các bộ nguồn thường có trị số khoảng vài ngàn µF

Minh hoạ : Điện dụng của tụ lọc càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng.

- Dạng điện áp sau khi qua bộ lọc

- Dựa vào nguyên tắc phóng nạp của tụ điện mà nó cho ra dòng điện 1 chiều thằng như trên hình vẽ Tụ càng lớn thì độ gợn điện áp càng giảm

NHững sóng có tần số cao tần phải được lọc đi nhờ 2 tụ kẹo C2 và C4 vì trong mạch dùng IC nếu tồn tại những thành phần này thì sẽ gây ra những sai sót khó phát hiện làm cho mạch hoạt động không bình thường

Qua bộ lọc là ta đã tạo được điện áp 1 Chiều cấp vào cho bộ biến đổi đổi hay là

bộ ổn áp

• Bộ ổn áp bằng IC 78XX

- Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau : như 7805 nó ổn

áp 5V, 7806 cho ổn áp 6V

- Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max <=40V Dòng điện không vượt quá 1A.

- Dòng đỉnh là 2.2A

- Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W

- Đảm bảo thông số là : Vi - V0 = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mới hoạt động ổn áp được)

- Tản nhiệt tốt cho 78xx Khi hoạt động với tải thì 78xx rất nóng Đối với cấp điện áp là 29V thì 78xx nóng khi có tải và chú ý tản nhiệt tốt cho nó.Để nóng quá sinh ra phá 78xx

b Bộ tạo tín hiệu

• Có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu,mã hoá tín hiệu thành tín hiệu xung

• Nguyên tắc thu phát hồng ngoại

- Khối dao động có điều kiện : Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thời khởi

động mạch dao động tạo xung đồng hồ , tần số xung đồng hồ xác định thời gianchuẩn của mỗi bit

- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ranối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởixung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyểnđổi đủ số bit của một mã lệnh

- Khối điều chế và phát FM : mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến100Khz , nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn , nghĩa là tăng

cự ly phát

- Khối thiết bị phát : là một LED hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit

=’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó Khi mã lệnh

có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’

- Khối khuếch đại và Tách sóng : trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết

c Bộ mã hóa

• Khái niệm mã hóa

- Nói một cách khái quát, mã hóa là dùng văn tự, ký hiệu hay mã hóa để biểu thị một đối tượng xác định Ví dụ như đặt tên cho trẻ sơ sinh, các thí sinh tham gia các môn thì có một số báo danh để thay thế văn tự và hệ đếm thập phân không tiện dùng cho mạch số mã hóa nhị phân là quá trình dùng mã hóa nhị phân để biểu thị đối tượng sẽ đến( đối tượng này là tín hiệu) Biểu thị số lượng nhiều thì tăng số bit Binary digital mã nhị phân có n bit thì có 2n trạng thái, có thể biểu thị được 2n tín hiệu vậy để mã hóa n tín hiệu cần sử dụng n bit, theo công thức 2n >=n

- Bộ mã hóa là mạch điện thực hiện thao tác mã hóa căn cứ vào yêu cầu, đặc điểm khác nhau của tín hiệu được mã hóa, chúng ta có các mã hóa khác nhau: bộ mã hóa nhị phân, bộ mã hóa nhị thập phân, bộ mã hóa ưu tiên

• Bộ mã hóa nhị phân mạch này ta sử dụng IC74192

- Bộ đếm gồm các IC đém có chức năng đếm số mỗi có xung CLK tác động vào bộ đếm sẽ nhảy số

- Thông qua bộ đếm sẽ tạo địa chỉ đưa vào bộ giải mã hiển thị led

- Bộ đếm dùng IC 74LS192 để thực hiện bởi vậy ta phải tìm hiểu rõ về

IC này Dưới đây là datasheet của IC741 92:

- Sơ đồ chân của IC đếm 74LS192

- Với nguồn cung cấp cho IC từ 2V đến 6V

- Tần số lớn nhất của nó có thể chịu được Fmax=54MHz có thời gian làm việc từ 0ns đến 500ns

- Nhiệt độ giới hạn -400C đến +850C

- Dòng điện lớn nhất có thể chịu đựng Imax = 4 µ A

- IC làm việc với tần số max là 54uHz

- Chức năng của các chân

+ Chân 8,16 là hai chân cấp nguồn cho IC Chân 8 nối mass, chân 16 nối nguồn 5V

+ Chân 4, 5 là hai chân nhận xung đếm từ bộ dao động chuyển sang Chân 4 là chân đếm ngược, chân 5 là chân đếm thuận

+ Chân 11 là chân điều khiển cho IC làm việc ở đầu ra tích cực thấp+ Chân 14 là chân xóa làm việc ở mức tích cực cao, để IC đếm ta nối

+ Chân 15, 1, 10, 9 là các đầu vào dữ liệu

+ Chân 12 là chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận

+ Chân 13 là chân chuyển tiếp khi đếm ngược

+ Chân 3, 2, 6, 7 (Qa, Qb, Qc, Qd) là các đầu ra của bộ đếm

+ Để tạo ra mạch đếm sản phẩm ta cần dùng 2 IC 74192

+ Bảng datasheet chi tiết của IC74192

d Bộ giải mã

Giải mã là quá trình phiên dịch hàm ý đã gán cho mã, mạch điện thực hiện việc giải mã được gọi là bộ giải mã

U 2

7 4 4 7

D 0 7

D 1 1

D 2 2

D 3 6

B I / R 4 B O

R B I

5 L T3

• Trong mạch này ta dùng IC 7447 để giải mã

Trạng thái các đầu vào ứng với các đầu ra được cho trong bảng dưới đây:

Ngõ vào

Ngõ ra của IC 7447

X = LOW Khoảng trống = HIGH

+ Các chân 1,2,6,7 : các ngõ vào của tín hiệu BCD

+ Chân số 3 Lamptest : dùng để kiểm tra các thanh đoạn của LED 7 thanh cũng như các ngõ ra của IC

+ Chân số 4 Blank out : Chân cho phép đầu ra

+ Chân số 5 Blank in : chân cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở các bộ hiển thị

+ Chân 9,10,11,12,13,14,15 : các ngõ ra nối với led 7 thanh

+ Chân số 8 và 16 cung cấp nguồn cho IC

• Datasheet của IC7447

- Sơ đồ khối

e Bộ hiển thị: Led 7 thanh

Cấu tạo Led 7 thanh gồm có 7 điot phát quang (LED) ghép nối với nhau chung Anot hoặc chung Catot

Giải mã

maxãmma

f Cổng logic cơ bản – cổng NOT

• Khái niệm

Cổng NOT là cổng logic có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra: y =

• Kí hiệu

Phần 2 : Xây dựng sơ đồ nguyên lý và mô tả nguyên tắc hoạt động

Sơ đồ nguyên lý của mạch

1 Mạch nguồn

2 Mạch thu phát tín hiệu

3 Mạch đếm hiển thị

Sơ đồ trên boar

1 Mạch thu phát tín hiệu

2 Mạch đếm hiển thị

Nguyên lí hoạt động

Nguồn một chiều:

- Sau khi sử dụng máy biến áp ta dễ dàng có được nguồn 3V

AC.sau đó nguồn điện được đưa qua cầu chỉnh lưu thành nguồn 3V DC.Cuối cùng nguồn điện được đưa qua tụ điện để lọc cho tần số

ổn định trở thành nguồn điện 3V DC cung cấp cho đèn laser

- Sau khi dùng máy biến áp ta được nguồn điện 5V AC.cũng như phần một, ta cho nguồn điện qua cầu chỉnh lưu.Lúc này nguồn điện được chuyển từ tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều.Tiếp theo ta cho nguồn điện qua tụ điện để lọc phẳng tần số.cuối cùng ta cho nguồn điện qua IC 7805 và trở thành nguồn điện 5V DC cấp nguồn cho mạch điện

Khi được cấp nguồn 1 chiều 5V có 2 trường hợp xảy ra là có tín hiệu (người) đi qua và không có người đi qua

a Khi không có tín hiệu đi qua

Led thu phát vẫn hoạt động bình thường vì toàn mạch được cấp nguồn 5V Led phát vẫn phát tín hiệu để led thu nhận, khi led thu nhận tín hiệu thì điện trở led thu giảm gần như bằng 0V, nên dòng điện đó sẽ đi thẳng xuống mass Do đó tranzitor không dẫn vì theo công thức tính :

UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2) = (5 x 0)/(0+104) = 0

Do đó điện áp 5V qua R4 sẽ chảy xuống JP2 của mạch phát (JP1 của mạch đếm) Đầu vào cổng NOT lúc này sẽ là mức cao, qua công NOT sẽ là mức thấp, tín hiệu xung vào IC74192 lúc này sẽ là xung mức thấp nên IC74192 sẽ không đếm, không có tín hiệu cho IC7447 nên sẽ không hiển thị sang led 7 thanh

b Khi có tín hiệu đi qua

Khi có tín hiệu đi qua tín hiệu đó sẽ che led thu, led thu sẽ không nhận được tín hiệu của led phát, điện trở led thu sẽ rất lớn, nên điện áp trên cực B của tranzitor

sẽ lớn hơn 0V Vì công thức : UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2)

Tranzitor dẫn gây sụt áp trên cực C của tranzitor, lúc đó chân JP2 ở mức thấp 0V (vì điện áp lúc này đi từ cực C xuống mass), chân JP1 ở mức thấp khi qua cổng NOT sẽ được đảo thành mức cao Vì chân 5 (đầu vào- JP1) của IC 74192 tích cực ở mức thấp nên nó sẽ nhảy trạng thái tức là bộ mã hóa lúc này sẽ có đầu

ra là 0001 Đầu vào của bộ giải mã Khi giải mã xong thì tín hiệu sẽ được hiển thị trên led 7 thanh là 01 và nó sẽ giữ nguyên trạng thái này cho đến khi có sản phẩm tiếp theo đi qua và đi khỏi đường sáng laser thì nó sẽ nhảy trạng thái tiếp theo là 02 Cứ như vậy khi có sản phẩm tiếp theo đi qua thì nó sẽ hoạt động tương tự như trên